委福祥, 王延慶, 劉洪濤, 吉 喆

(中國礦業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

0 引 言

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)正經(jīng)歷新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命,綜合國力競爭愈加激烈。為適應(yīng)當(dāng)前的科學(xué)和技術(shù)革命,我國實施了“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“一帶一路”等一系列重大戰(zhàn)略計劃，新型行業(yè)和產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)并得以蓬勃發(fā)展。經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)形勢的變化，對工程和科技人才提出了新的和更高的要求。要求科技和工程技術(shù)人員具備寬廣的基礎(chǔ)知識、更高的創(chuàng)新能力、具備綜合實踐和解決復(fù)雜工程問題的能力。經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)格局的變化，給高校的人才培養(yǎng)和教育提出了新的要求。2017年初，在復(fù)旦大學(xué)召開了我國高等工程教育戰(zhàn)略研討會，相關(guān)專家學(xué)者就新時期如何培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展要求的工程技術(shù)人才展開了熱烈的討論，并達(dá)成了相關(guān)共識，“新工科”建設(shè)真正提上了歷史的日程。

隨著經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展，世界各國在科技和工業(yè)領(lǐng)域的競爭日趨激烈，社會普遍需要創(chuàng)新意識強，實踐能力卓越的復(fù)合型工程人才。而實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力的主要渠道?！靶鹿た啤弊鳛橐环N嶄新的教育理念，它的出現(xiàn)賦予了實踐環(huán)節(jié)新的歷史使命。傳統(tǒng)的實踐環(huán)節(jié)教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前工程教育發(fā)展的要求[1]?？梢?，為適應(yīng)“新工科”發(fā)展的要求，必須對工程類專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)的改革和完善[2]。

1 “新工科”對材料專業(yè)實踐教學(xué)改革的意義

明確“新工科”對材料類專業(yè)學(xué)生知識和能力的基本要求，將“新工科”理念融入實踐教學(xué)改革，發(fā)揮實踐環(huán)節(jié)教學(xué)的主導(dǎo)作用，培養(yǎng)出符合時代要求的材料工程技術(shù)人才[3]。

1.1 材料專業(yè)實踐環(huán)節(jié)教學(xué)的基本要求

“新工科”是為響應(yīng)當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)革命，提出的一種全新的教育理念，對工程教育的理念、要求及建設(shè)途徑等都做了新的詮釋。由此可見，當(dāng)今的材料類專業(yè)人才不但要有扎實的基礎(chǔ)知識，更重要的是要具備工程實踐能力。材料類專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)必須依據(jù)“新工科”發(fā)展的規(guī)律，構(gòu)建“戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式”的實踐教學(xué)體系。新理念、新要求以及新途徑是“新工科”的建設(shè)內(nèi)涵，也是材料類專業(yè)實踐環(huán)節(jié)改革和建設(shè)的指導(dǎo)方針[4]。

1.2 材料專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

國內(nèi)高校的材料類專業(yè)大都起源于原來的金屬材料及成形專業(yè)，受傳統(tǒng)因素和實際條件的限制，實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)也很大程度上局限于原來的金屬材料和加工成形方向。目前，伴隨著產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，一些新型學(xué)科方向，如新能源、光電等行業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，對進(jìn)入該行業(yè)的人才也提出了更高的要求。許多高校為適應(yīng)科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，對材料類專業(yè)進(jìn)行了改制和調(diào)整，瞄準(zhǔn)現(xiàn)代科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點，增設(shè)了新能源和光電材料等新型方向，但絕大部分高校材料專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置，如內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法等還基本沿用傳統(tǒng)的方式，不能適應(yīng)“新工科”發(fā)展的要求[5-6]。

(1) 實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)計不科學(xué)，缺乏工程背景。受傳統(tǒng)觀念的影響，在制訂材料類專業(yè)培養(yǎng)方案的過程中，實踐環(huán)節(jié)教學(xué)的重要性沒有得到足夠的重視，普遍存在“重知識傳授、輕能力培養(yǎng)”的現(xiàn)象。大部分實踐環(huán)節(jié)的安排只是為理論教學(xué)服務(wù)，沒有把實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)放到應(yīng)有的位置，這和“新工科”凸現(xiàn)工程實踐能力培養(yǎng)的要求相去甚遠(yuǎn)。實踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容單一，缺乏系統(tǒng)性、創(chuàng)新性的實踐內(nèi)容。如很多學(xué)校在實驗課內(nèi)容設(shè)置上大部分是和理論課程知識點對應(yīng)的驗證性實驗，這些實驗內(nèi)容只是幫助同學(xué)們理解一些重要的知識點，不能有效培養(yǎng)同學(xué)的創(chuàng)新意識和工程實踐能力[7]。實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容安排上缺乏必要的工程和應(yīng)用背景，不利于培養(yǎng)同學(xué)們的工程實踐能力，實踐內(nèi)容落后于科技和技術(shù)發(fā)展，沒有和材料學(xué)科發(fā)展與應(yīng)用熱點聯(lián)系起來[8]。

(2) 教學(xué)方法落后，不符合“新工科”發(fā)展要求。實驗課程的教學(xué)大都采用“灌輸式”的教學(xué)模式，通常采用教師講解和示范后，學(xué)生模仿或重復(fù)的方式進(jìn)行，缺乏學(xué)生自行設(shè)計，分析問題和解決問題的訓(xùn)練環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模擬和仿真等先進(jìn)技術(shù)手段沒能在實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中得到足夠的重視和推廣使用。在實習(xí)教學(xué)上，以“走馬觀花”式的參觀為主，學(xué)生并沒有真正了解產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程、特點及設(shè)備等基本的要素。在創(chuàng)新型實踐環(huán)節(jié)，一般老師都會提供現(xiàn)成的方案，大部分同學(xué)只是充當(dāng)實驗操作人員的角色。傳統(tǒng)的教學(xué)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力，也不利于工程意識和素養(yǎng)的形成[9]。

(3) 實踐教學(xué)支撐體系建設(shè)不完善。完善的校外實踐教學(xué)基地的建設(shè)和科學(xué)的管理體制，是保證學(xué)生直接接觸工程實際，培養(yǎng)和提升創(chuàng)新意識和工程實踐能力的必要條件。但目前，很多企業(yè)考慮到安全等因素，不愿意接納學(xué)生到現(xiàn)場開展實踐學(xué)習(xí)，實踐基地的建設(shè)好多只是依靠教師的私人關(guān)系來維系。導(dǎo)致高校與實踐教學(xué)基地的合作不穩(wěn)定，合作層次低，學(xué)生實踐教學(xué)模式單一，不利于學(xué)生接觸真實的工程環(huán)境，提升工程實踐和創(chuàng)新能力[10]。另外，高校校外實踐教學(xué)基地建設(shè)面臨管理體制不健全和難于管理的難題，所以容易造成個別教師避重就輕、壓縮實習(xí)時間、降低實習(xí)難度的現(xiàn)象發(fā)生。

材料類專業(yè)校內(nèi)實踐教學(xué)各個環(huán)節(jié)基本上都是依托于課程教學(xué)進(jìn)行設(shè)置的。相應(yīng)地，原來的校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)建設(shè)和改革大都是為課程教學(xué)服務(wù)的，而綜合性、創(chuàng)新性的實踐環(huán)節(jié)教學(xué)則面臨設(shè)備短缺、原始素材缺乏、管理和評價機制不健全等一系列的問題。

2 “新工科”背景下材料專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學(xué)體系探索

2.1 基于“新工科”的創(chuàng)新型實踐教學(xué)體系構(gòu)建

“新工科”的建設(shè)賦予教育機構(gòu)新的歷史使命。為此，高等工程教育機構(gòu)要積極行動起來，開展全方位的教育教學(xué)改革和探索，以適應(yīng)“新工科”發(fā)展的需要[11]。而實踐環(huán)節(jié)在材料類專業(yè)培養(yǎng)體系中占有舉足輕重的位置，為響應(yīng)“新工科”建設(shè)和發(fā)展的要求，必須依據(jù)材料學(xué)科的專業(yè)特色，構(gòu)建“戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式”的實踐環(huán)節(jié)教學(xué)體系。

我校材料科學(xué)與工程學(xué)院根據(jù)材料類學(xué)科的特點，通過長期的教學(xué)實踐和探索，同時在借鑒兄弟院校經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了如圖1所示的“全方位，立體式”的實踐教學(xué)體系。

我校材料科學(xué)與工程學(xué)院始終把實踐教學(xué)放在教學(xué)工作的突出位置，材料類專業(yè)依據(jù)“新工科”發(fā)展的需要，構(gòu)建了完善的實踐教學(xué)體系,該體系共有4個模塊構(gòu)成:①學(xué)科基礎(chǔ)實踐體系模塊，主要包括物理與化學(xué)、數(shù)學(xué)與計算機、電工與電子技術(shù)、工程圖學(xué)等方面的實驗與實訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)。該模塊的設(shè)置旨在培養(yǎng)學(xué)生扎實的基礎(chǔ)技能，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)；②學(xué)科專業(yè)實踐體系模塊，主要包括機械與模具設(shè)計、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料加工成形等方面的實驗、設(shè)計與實訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)。該模塊的內(nèi)容設(shè)計時著重考慮其工程背景，強調(diào)學(xué)生工程意識和素養(yǎng)的塑造和養(yǎng)成，旨在培養(yǎng)學(xué)生堅實的專業(yè)實踐能力；③實訓(xùn)實踐體系模塊，主要由校內(nèi)實訓(xùn)和校企聯(lián)合實訓(xùn)環(huán)節(jié)構(gòu)成。該模塊可提供真實的工程實踐環(huán)境，使學(xué)生得到真實的工程體驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力；④創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教學(xué)體系模塊，主要包括創(chuàng)新實踐班、創(chuàng)新實驗及訓(xùn)練、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)示范與訓(xùn)練等實踐環(huán)節(jié)構(gòu)成，該模塊旨在培養(yǎng)學(xué)生具備優(yōu)異的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)。通過構(gòu)建“多層次，全方位”的實踐教學(xué)體系，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生對跨學(xué)科知識的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力。

圖1 基于“新工科”的材料專業(yè)實踐教學(xué)體系

2.2 確立實踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國的高等工程教學(xué)尚處于“大而不強”的狀態(tài)，為扭轉(zhuǎn)這種局面，實現(xiàn)我國工程教育由“大國”向“強國”的轉(zhuǎn)變，首要的，必須積極開展相關(guān)學(xué)科工程教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的探索和研究，建立科學(xué)合理的人才培養(yǎng)和教育質(zhì)量評價體系。在確定材料類專業(yè)實踐環(huán)節(jié)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)時，要關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)前沿科技進(jìn)展。如和材料直接相關(guān)的新能源技術(shù)、石墨烯技術(shù)、材料基因工程等；再如商用太陽能飛機、智能制造、航空航天技術(shù)，工業(yè)4.0戰(zhàn)略等。這些行業(yè)的發(fā)展都是以新型和高性能材料的出現(xiàn)和應(yīng)用作為前提的。在制訂材料專業(yè)實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時，一定要和這些前沿科學(xué)和技術(shù)結(jié)合起來。要進(jìn)一步完善具有中國特色、與國際前沿同步發(fā)展的材料類專業(yè)實踐環(huán)節(jié)教育培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[12]。

2.3 設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容

在實踐教學(xué)中，需加強實踐與工程實際的聯(lián)系，在實踐教學(xué)過程中要引入典型的與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的工程實例。在實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中，要以“新工科”的要求為契機，緊密結(jié)合工程實際，培養(yǎng)符合時代要求的新型工程技術(shù)人才。在實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中，也不能忽視科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。要積極引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識分析和解決實際工程問題。學(xué)生通過實踐對課堂所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識進(jìn)行驗證，加強了對理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識的理解與消化。在實踐教學(xué)過程中需要學(xué)生自查資料、自行設(shè)計，鍛煉學(xué)生獨立探索的能力。以具體工程項目為原型對實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體設(shè)計，克服傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容在學(xué)生做完一項課程實踐后無法體會實踐與工程實際之間的聯(lián)系，以及會做教學(xué)實踐而不會做實際工程項目的弊端。通過優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，強化學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)[13]。如我校材料科學(xué)與工程專業(yè)，為適應(yīng)“新工科”發(fā)展的要求，在新的培養(yǎng)方案修訂時，進(jìn)一步強化了實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，按照5個專業(yè)方向制定實踐環(huán)節(jié)的要求，每個方向都對應(yīng)相應(yīng)的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)。專業(yè)實踐環(huán)節(jié)對應(yīng)有相應(yīng)的實驗課程和課程設(shè)計。專業(yè)實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)置時完全摒棄了原來簡單重復(fù)或驗證性質(zhì)的內(nèi)容，專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容全部來源于工程實際，并以學(xué)科前沿、產(chǎn)業(yè)和技術(shù)最新發(fā)展推動教學(xué)內(nèi)容更新。例如連接成形課組的“焊接課程設(shè)計”,該課程設(shè)計的專題全部來源于徐州工程機械集團(tuán)有限公司、鄭州煤礦機械集團(tuán)股份有限公司、卡特彼勒公司等實際生產(chǎn)中遇到的實際問題，通過組織企業(yè)專家論證后凝練而成的。

2.4 創(chuàng)新教學(xué)方法

實踐環(huán)節(jié)教學(xué)是銜接理論與實際應(yīng)用的橋梁。實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)要摒棄原來“灌輸式”的教學(xué)模式，必須根據(jù)材料學(xué)科的專業(yè)特色及學(xué)生的實際情況調(diào)整相應(yīng)的教學(xué)方法。積極推進(jìn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。例如，材料類專業(yè)的畢業(yè)實習(xí)原來一直是按照指導(dǎo)老師組織集體參觀的方式進(jìn)行，學(xué)生普遍反映實習(xí)效果不佳，不能很好地提升學(xué)生的綜合實踐和解決復(fù)雜工程問題的能力[14]。在新的培養(yǎng)方案修訂時，為了響應(yīng)“新工科”的要求，要求所有的學(xué)生以2或3人為一組，按照學(xué)生的特長和興趣分配到具體的研發(fā)，設(shè)計或工藝部門，選擇現(xiàn)場的實際問題作為選題，并利用實習(xí)單位的條件完成整個實習(xí)課題的研修。通過改革教學(xué)方式，學(xué)生的積極性得到了大幅提升，由于同學(xué)們在真實的研發(fā)或工程環(huán)境中得到了系統(tǒng)的訓(xùn)練，適應(yīng)能力、創(chuàng)新意識較強，受到了用人單位的好評，其中有不少同學(xué)在實習(xí)期間表現(xiàn)優(yōu)異，畢業(yè)后直接在實習(xí)單位就業(yè)。

3 建立健全實踐教學(xué)保障體系

材料類專業(yè)涉及的范圍較廣，實踐環(huán)節(jié)教學(xué)開展對場地、設(shè)備及管理有很高的要求，必須具備相應(yīng)的軟硬件條件，才能保障實踐環(huán)節(jié)教學(xué)順利開展。

3.1 加強校內(nèi)外實踐教學(xué)基地建設(shè)

首先，應(yīng)建立適應(yīng)“新工科”要求的校內(nèi)實踐教學(xué)平臺，主要包括基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心、專業(yè)實驗室、創(chuàng)新訓(xùn)練中心、工程訓(xùn)練中心等。另外，根據(jù)材料學(xué)科的特點，應(yīng)構(gòu)建材料設(shè)計及虛擬仿真教學(xué)平臺。例如，我校材料學(xué)科按照新修訂的培養(yǎng)方案，組建了完善的專業(yè)教學(xué)實驗室和創(chuàng)新實踐實驗室，并搭建了專門的材料成形模擬與仿真實踐教學(xué)平臺。

同時，學(xué)校要積極和相關(guān)的企事業(yè)單位共建實習(xí)、實訓(xùn)基地。充分發(fā)揮高校的技術(shù)優(yōu)勢和企業(yè)的資源優(yōu)勢，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研緊密合作的機制。在開展實踐環(huán)節(jié)教學(xué)時，可聘請基地的管理人員、工程技術(shù)人員參與指導(dǎo)和管理，強化過程管理，使學(xué)生短期內(nèi)可接觸到核心技術(shù)；另一方面高校要發(fā)揮自身的專業(yè)優(yōu)勢，幫助校外實踐單位開展科技培訓(xùn)、合作開發(fā)和人才培養(yǎng)等方面的工作，真正達(dá)到互惠共贏的目的[15]。

3.2 加強實踐教學(xué)隊伍建設(shè)

全面提高教師素質(zhì)，適應(yīng)新的實踐教學(xué)體系要求，鼓勵創(chuàng)新能力和工程實踐能力強的老師承擔(dān)實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)和指導(dǎo)工作。聘請企業(yè)的專家到高校擔(dān)任實踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)老師，由于聘請的企業(yè)專家工程實踐能力強，接觸的是現(xiàn)場的實際產(chǎn)品，可以避免實踐教學(xué)脫離生產(chǎn)實際的弊端[16]。積極鼓勵實踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)老師通過掛職、出國交流、產(chǎn)學(xué)研合作等方式提升自身的綜合素質(zhì)。

3.3 加強實踐教學(xué)考評機制建設(shè)

考核與評價是實踐環(huán)節(jié)教學(xué)效果的重要保障措施，科學(xué)合理的考評機制能有效促進(jìn)實踐教學(xué)的順利開展。通過考核，一方面能夠反映課程的教學(xué)水平及評定學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Γ硪环矫婵梢远酱賹W(xué)生重視實驗課程的學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生參與實踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)的主動性和積極性。我院擬打破實驗、實踐成績?nèi)砸詧蟾婧推綍r成績來評定成績的考核制度，對于實驗教學(xué)擬采取獨立考核的形式，成績由理論考試、平時操作、期末隨機操作3部分組成；對于畢業(yè)設(shè)計的考核，側(cè)重點由原來的報告考核(論文、說明書和圖紙)改為過程監(jiān)控、現(xiàn)場答辯、報告、作品等4部分綜合考核和評價；對于各類實習(xí)考核，考核方式由原來的報告考核改為實習(xí)報告、工廠評價、指導(dǎo)教師評價、自評和他評等5部分組成。

4 結(jié) 語

實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題能力的最重要的環(huán)節(jié)，“新工科”給實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)提出了更高的要求。高校應(yīng)結(jié)合“新工科”的特點、宗旨，不斷探討材料類專業(yè)人才培養(yǎng)新模式。只有讓學(xué)生多進(jìn)實驗室和企業(yè)，增強工程意識，才能使學(xué)生的工程創(chuàng)新能力得到有效的培養(yǎng)與發(fā)展，培養(yǎng)出符合時代需求的材料類專業(yè)工程技術(shù)人才。